Юнона
Зарегистрированный пользователь
Из: планета Земля)
Сообщения: 218
|
 |
Лекция №2 Ферменты |
|
| Отправлен: 02-12-2014 18:02 |
|
|
Лекция №2 Ферменты
2.1. Ферменты и неорганические катализаторы
ПОНЯТИЕ О ФЕРМЕНТАХ.
Ферменты — это биологические катализаторы в основном белковой природы.
Роль ферментов в организме огромна. В каждой клетке организма находится до 10000 молекул ферментов, которые катализируют более 2000 различных химических реакций. Ферменты начинают своё каталитическое действие в ЖКТ, продолжают его в тканях, на этапе выведения и образования конечных продуктов. Энзимология (ферменты — энзимы) — раздел науки, изучающий ферменты.
ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ФЕРМЕНТОВ И НЕБИОЛОГИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ.
1. Повышают скорость реакции.
2. В реакциях они не расходуются.
3. Для обратимых процессов и прямая, и обратная реакция катализируется одним и тем же ферментом.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ФЕРМЕНТОВ.
1 .Ферменты обладают более высокой эффективностью действия (повышают скорость реакции в большее число раз, чем неорганические катализаторы).
2.Ферменты чувствительны к температуре (термолабильны)
3.Ферменты чувствительны к значениям рН среды.
4.Ферменты, в отличие от неорганических катализаторов, обладают высокой специфичностью действия.
5.Ферменты — это катализаторы с регулируемой активностью.
2.2. Строение ферментов
Ферменты, являясь белками, повторяют все особенности структуры и состава белков (состоят из аминокислот, имеют 4 уровня структурной организации), физико-химические свойства белков. Ферменты, как и все функциональные белки, могут быть простыми и сложными.
Простые ферменты представлены только белковой частью (состоят из аминокислот) — пепсин, трипсин, фосфатазы.
Сложные ферменты представлены:
1 .Белковой частью (состоит из аминокислот) — апофермент;
2.Небелковой частью.
Небелковая часть может быть представлена:
• ионами металлов (К, Na, Ca, Mg, Mn);
• коферментами — низкомолекулярные органические вещества.
Для многих ферментов его апофермент вместе с небелковой частью образуют каталитически активную молекулу, которая называется холоферментом.
В роли биокатализаторов могут выступать и небелковые соединения. Рибозимы — биокатализаторы, которые по химической природе являются РНК.
Рибозимы катализируют разрыв фосфодиэфирных связей нуклеиновых кислот.
В пространственной структуре фермента можно выделить отдельные участки, которые выполняют те или иные функции (активный центр, контактный участок, каталитический участок, аллостерический центр).
Активный центр — это участок в молекуле фермента, где происходит связывание и превращение субстрата. Активный центр обычно располагается в гидрофобном углублении (недоступном для молекул воды), изолируя субстрат от воды. В образовании активного центра, участвуют боковые группы АК (12-20 АК), причём эти АК могут находиться на разных участках полипептидной цепи, но при формировании пространственной конфигурации фермента они укладываются т.о., что располагаются в области активного центра. В образовании активного центра принимают участие следующие группы боковых цепей АК:
– NH2 (арг, лиз);
– СООН (асп, глу);
– SH (цис);
– ОН (сер, тре);
– имидазольное кольцо (гис);
– гуанидиновая группа (арг);
– фенольное кольцо (тир).
Остальные АК поддерживают пространственную конфигурацию активного центра фермента
и обеспечивают его реакционную способность.
Контактный (субстрат-связывающий ) участок — это место в активном центре фермента, где происходит связывание субстрата с его активным центром. Контактный участок обеспечивает специфическое сродство субстрата к ферменту.
Каталитический участок — место, где проходит сама каталитическая реакция.
Аллостерический центр — участок в молекуле фермента, пространственно удаленный от активного центра. К аллостерическому центру могут присоединяться различные вещества, которые отличаются по структуре от молекул субстрата. Эти вещества называются аллостерические эффекторы. Они могут влиять на конформацию активного центра фермента, изменяя её, т.е. могут или повышать скорость реакции, или тормозить её.
рис. Активный центр фермента
? 2.3. Коферменты
КОФЕРМЕНТЫ
Коферменты – небелковая часть сложных ферментов. Их делят на две группы:
1.Витаминные.
2.Невитаминные.
Витаминные коферменты:
1.Тиаминовые коферменты содержат в своём составе витамин В1 (тиамин).
– ТДФ – тиаминдифосфат;
ТДФ связан с ферментами — декарбоксилазами альфа – кетокислот (входит в состав пируватдегидрогеназного и альфа-кетоглутаратдегидрогеназного комплексов);
Является коферментом трансктолаз.
2.Флавиновые коферменты содержат в своём составе витамин В 2.
– ФМН – флавинмононуклеотид;
– ФАД — флавинадениндинуклеотид.
ФМН и ФАД связаны с ферментами дегидрогеназами. Участвуют в реакциях дегидрирования.
3. Пантотеновые коферменты содержат в своём составе витамин ВЗ (пантотеновая кислота).
Представитель – кофермент А.
Участвует в :
1. Переносе ацильных радикалов;
2. Активации жирных кислот;
3. Синтезе холестерола и кетоновых тел;
4. Обезвреживании ксенобиотиков.
4. Никотинамидные коферменты содержат в своём составе витамин РР (никотинамид).
– НАД (никотинамидадениндинуклеотид);
– НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).
Кофермент могут быть в окисленной и восстановленной форме.
НАД и НАДФ связаны с ферментами дегидрогеназами, которые ускоряют окислительно-восстановительные реакции.
5. Пиридоксиновые коферменты содержат в своём составе витамин В6.
Кофермент – пиридоксальфосфат (ПФ).
Участвует в реакциях превращения АК:
1.Реакции переаминирования (трансаминирование). Связан с ферментами аминотрансферазами.
2.Реакции декарбоксилирования аминокислот.
НЕВИТАМИНЫЕ КОФЕРМЕНТЫ
Не содержат в своём составе витаминов, но участвуют в каталитических превращениях.
1. Нуклеотиды: АТФ, ЦТФ (участвуют в синтезе фосфолипидов); УДФ, УТФ, ГТФ (участвуют в синтезе гликогена).
2. Производные порфирина: гем, цитохромы, каталаза.
3. Пептиды:
Глутатион — трипептид, содержащий ГЛУ-ЦИС-ГЛИ. Он связан с ферментами оксидоредуктазами. Участвует в окислительно-восстановительных реакциях.
?
2.4. Свойства ферментов
СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ.
1 .Высокая каталитическая активность.
2.Ферменты, являясь белками, проявляют термолабильные свойства — чувствительность к изменению температуры.
При повышении температуры на каждые 10 градусов Цельсия, скорость ферментативных реакций повышает в 1,5 — 2 раза (правило Вант — Гоффа). Это правило применимо для ферментов в очень узком интервале температуры, т.к. уже при 50-60 градусах наблюдается денатурация, а при 100 градусов Цельсия — полная денатурация с потерей активности. При 1-3 градусов Цельсия Активность фермента также понижается, но при понижении температуры структура его сохраняется, поэтому при последующем повышении температуры активность восстанавливается. Это свойство используется в клинической практике при проведении оперативных вмешательств. Температура, при которой фермент проявляет максимальную активность, называется оптимальной.
3.Ферменты чувствительны к изменениям рН среды. Для большинства ферментов оптимальные значения РН лежат в нейтральной среде (для каталазы рН = 7).
Есть ферменты, для которых оптимальные значения рН лежат в кислой среде (пепсин рН = 1 ,5-2,5). Некоторые ферменты проявляют активность в щелочной среде (аргиназа рН = 10 — 11). Изменения рН приводит к изменению степени ионизации кислых и основных групп в активном центре фермента, т.к. эти группы участвуют в связывании субстрата и его превращении. Изменение рН приводит к конформационной перестройке не только активного центра фермента, но и всей молекулы фермента. Это может сопровождаться нарушением третичной структуры фермента. При оптимальном значении рН функциональные группы активного центра находятся в наиболее реакционно-способном состоянии, и это обеспечивает образование фермент-субстратного комплекса.
Специфичность действия ферментов.
Субстратная специфичность
1. Абсолютная специфичность. Ей обладают ферменты, которые действуют только на 1 субстрат и не действуют на другие субстраты.
Уреаза катализирует гидролиз мочевины.
Аргиназа расщепляет аргинин.
Фумараза ускоряет гидратацию фумаровой кислоты.
2. Стереоспецифичность. Ей обладают ферменты, действующие на пространственные или стереоизомеры. Цис- и транс- изомеры; оптические изомеры.
3. Групповая специфичность. Ей обладают ферменты, которые катализируют однотипные реакции сходных по строению субстратов, т.е. эти субстраты могут содержать в своём составе одинаковые группы атомов.
2.5. Номенклатура ферментов
Номенклатура ферментов.
1. Тривиальная номенклатура. Пример: пепсин, трипсин.
2. Рабочая номенклатура:
название S + тип превращения + окончание «аза».
пример: лактатдегидрогеназа.
3. Систематическая номенклатура.
Название всех субстратов участвующих в реакции + название класса ферментов. L-лактат : НАД – оксидоредуктаза.
4. Каждый фермент имеет четырехзначный шифр
1.1.1.27 ЛДГ (обозначается класс, подкласс, подподкласс, порядковый номер фермента, соответственно)
?
2.6. Классификация ферментов
Классификация ферментов
В основе лежит тип катализируемой реакции
Классы ферментов
1. Оксидоредуктазы
2. Трансферазы
3. Гидролазы
4. Лиазы
5. Изомеразы
6. Синтетазы
?
2.7. Механизм действия ферментов
Согласно современным представлениям при взаимодействии фермента с субстратом условно можно выделить 3 стадии:
1 стадия характеризуется диффузией субстрата к ферменту и их стерическимм взаимодействием с образованием фермент-субстратного комплекса. Эта стадия непродолжительна. Её скорость зависит от концентрации субстрата и скорости диффузии его к активному центру фермента. На этой стадии практически не происходит понижения энергии активации.
Е + S > ЕS
На второй стадии происходит преобразование Е-S комплекса в один, или несколько, активированных комплексов.
Е + S > ЕS > ЕS*> ЕS** > ЕР
Эта стадия является наиболее продолжительной по времени. При этом происходит разрыв связей в молекуле субстрата, образование новых связей, т.е. образуются продукты реакции. Энергия активации снижается значительно.
на третьей стадии происходит освобождение продуктов реакции от фермента и поступление их в окружающую среду.
ЕР > Е + Р
Ускорение химическокой реакции ферментами происходит за счет существенного снижения энергии активации реагирующих веществ. Ряд молекулярных эффектов позволяют снижать энергию активации.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЭФФЕКТЫ
1. Эффект концентрации.
Молекулы субстрата концентрируются в области активного центра фермента.
2. Эффект сближения и ориентации.
Это характерное свойство ферментов, которое позволяет ускорить превращение субстрата и повышение скорости реакции в 1000 и 10000 раз. Контактные участки активного центра фермента связывают специфически молекулы субстрата, сближают их и обеспечивают взаимную ориентацию так, чтобы это было выгодно для действия каталитических групп фермента. Такое упорядоченное расположение субстрата приводит к снижению энергии активации.
3. Эффект натяжения.
До присоединения субстрата к активному центру фермента, его молекула как бы в расслабленном состоянии. После связывания молекула субстрата растягивается и принимает напряжённую деформированную конфигурацию. При этом увеличивается длина межатомных связей, следовательно, понижается энергию активации.
4. Кислотно-основный катализ.
В активном центре фермента содержатся группы кислотного и основного типа. Группы кислотного типа отщепляют Н+ и имеют отрицательный заряд. Группы основного типа присоединяют Н+ и имеют положительный заряд. Кроме основных групп, положительный заряд несут ионы металлов. После связывания субстрата с активным центром фермента, молекулы субстрата перестраиваются, т.к. они подвергаются действию каталитических групп активного центра: одни группы присоединяют Н+, другие его отщепляют. Это приводит к ускорению образования продукта реакции, т.е. способствует понижению энергии активации.
5.Ковалентный катализ.
Наблюдается у ферментов, которые образуют ковалентные связи между каталитическими группами активного центра и субстрата. В результате формируется промежуточный фермент-субстратный комплекс, который неустойчив, легко распадается, продукты реакции быстро освобождаются.
6.Эффект индуцированного соответствия.
Он объясняет специфичность действия ферментов. По этому поводу имеется 2 точки зрения:
А). Гипотеза Фишера.
Согласно ей имеется строгое стерическое соответствие субстрата и активного центра фермента. По Фишеру, фермент — это жёсткая структура, а субстрат является как бы слепком его активного центра. Если субстрат подходит к активному центру фермента как ключ к замку, то реакция возможна. Но эта теория не могла объяснить групповую специфичность фермента.
Б). Теория индуцированного соответствия Кошленда дополнила теорию Фишера. Согласно ей молекула фермента — это не жёсткая, а гибкая структура. После связывания фермента с субстратом, изменяется конформация активного центра фермента и всей молекулы субстрата.
2.8.
- это снижение каталитической активности в присутствии определенных веществ – ингибиторов.
По характеру действия ингибиторы делятся на 2 большие группы:
1.Обратимые — это соединения, которые НЕКОВАЛЕНТНО взаимодействуют с ферментом, при этом образуется комплекс, способный к диссоциации.
2.Необратимые — это соединения, которые могут специфически связывать определенные функциональные группы активного центра фермента. Они образуют с ним прочные КОВАЛЕНТНЫЕ связи, поэтому такой комплекс трудно разрушить.
Виды ингибирования.
По механизму действия выделяют следующие виды ИНГИБИРОВАНИЯ:
1. Конкурентное ингибирование — это торможение ферментативной реакции, вызванное связыванием с активным центром фермента ингибитора, который по своей структуре близок к структуре субстрата. При этом и субстрат, и ингибитор могут взаимодействовать с ферментом, но они будут конкурировать за активный центр фермента, и связываться будет то вещество, которого больше.
пример:
сукцинатдегидрогеназная реакция.
Конкурентным ингибитором данной реакции является малоновая кислота, поэтому с активным центром фермента связывается и та, и другая кислота, в зависимости от их соотношения в растворе. Чтобы снять частично или полностью действие конкурентного ингибитора, нужно повысить концентрацию субстрата. При этом весь фермент будет находиться в форме фермент-субстратного комплекса, а доля комплекса фермент-ингибитор будет резко понижаться, поэтому скорость ферментативной реакции может быть максимальной даже в присутствии ингибитора.
Многие лекарственные препараты действуют по типу конкурентного ингибитора. При этом они тормозят активность ряда ферментов, необходимых для функционирования бактериальных клеток. Примером является применение сульфаниламидов. При различных инфекционных заболеваниях, которые вызываются бактериями, применяются сульфаниламидные препараты.
Эти препараты имеют структурное сходство с парааминобензойной кислотой, которая используется бактериями для синтеза фолиевой кислоты, необходимой для роста и размножения бактерий
Введение сульфаниламидов приводит к ингибированию ферментов бактерий, которые синтезируют фолиевую кислоту. Нарушение синтеза этой кислоты проводит к нарушению роста микроорганизмов и их гибели.
По принципу конкурентных ингибиторов действует целая группа различных препаратов – это антихолинэстеразы. Они являются конкурентными ингибиторами фермента холинэстеразы, катализирующего гидролиз ацетилхолина. Ацетилхолин обеспечивает проведение нервного импульса. Антихолинэстеразы конкурируют с ацетилхолином за активный центр фермента холинэстеразы. В результате этого распад ацетилхолина тормозится, он накапливается в организме, вызывая нарушение проведения нервного импульса.
2. Неконкурентное ингибирование — это торможение ферментативной реакции, вызванное влиянием ингибитора на каталитическое превращение субстрата. При этом ингибитор не влияет на связывание фермента с субстратом. Неконкурентный ингибитор может связываться либо с каталитическими группами активного центра фермента, либо вне активного центра фермента, но при этом он изменяет конформацию фермента и затрагивает каталитический участок его активного центра. При неконкурентном ингибировании, возможно образование тройного, неактивного комплекса.
Схема неконкурентноеого ингибирования
В качестве неконкурентного ингибитора выступают цианиды. Они прочно связываются с ионами железа, которые входят в состав каталитического геминового фермента -цитохромоксидазы. Этот фермент является одним из компонентов дыхательной цепи. Блокирование дыхательной цепи выключает её из работы, что приводит к мгновенной гибели организме.
Примером неконкурентного ингибитора является действие солей тяжёлых металлов. Они блокируют -SH группы, которые входят в каталитический участок фермента. При этом образуется комплекс фермент-ингибитор. Он способен присоединять субстрат, но дальнейшего превращения субстрата не происходит, т.к. каталитические группы фермента заблокированы. Реакция непродуктивна. Снять действие неконкурентного ингибитора очень сложно, т.к. ионы металлов очень прочно связываются с активным центром фермента. Действие этого ингибитора можно снять только с помощью специальных веществ — реактиваторов.
3.Субстратное ингибирование — это торможение ферментативной реакции, вызванное избытком субстрата. При этом образуется фермент-субстратный комплекс, но он не подвергается каталитическим превращениям, т.к. делает молекулу фермента неактивной. Действие субстратного ингибитора снимается путём уменьшения концентрации субстрата.
4.Аллостерическое ингибирование характерно для ферментов, имеющих четвертичную структуру, молекула которых состоит из нескольких единиц (протомеров). Аллостерические ферменты могут иметь 2 и более единиц. При этом одна имеет каталитический центр и называется каталитической, а другая — аллостерический центр и называется регуляторной. В отсутствии аллостерического ингибитора субстрат присоединяется к каталитическому центру, и идёт обычная каталитическая реакция. При появлении аллостерического ингибитора, он присоединяется к регуляторной единице, т.е. к аллостерическому центру, и изменяет конформацию центра фермента, в результате этого активность фермента снижается.[b]
|
Rigin (Риджин, Ригин), пептид для упругости и эластичности кожи, Sederma, 5 г
260.00 руб. | 
Арбутин (Arbutin)
390.00 руб. | 
Смородины черной масло натуральное рафинированное, 20 мл
160.00 руб. | 
Fucogel (Фукогель)
350.00 руб. | 
Комплекс витаминов B5, С (в виде MAP) и гиалуроновой кислоты, 50 г
160.00 руб. | 
НУФ (Япония) натуральный
380.00 руб. | 
Olivem 1000 (Оливем 1000), 50 г
530.00 руб. | 
Mica M (Мика M)
260.00 руб. | 
Dimethyl Isosorbide (DMI), Диметил изосорбид, КНР, 20 г
420.00 руб. |
|
|
Сейчас посетителей на форуме: 39 Гости
Всего сообщений: 131682
Всего тем: 2572
Зарегистрировано пользователей: 32967
Страница сгенерирована за: 0.2081 секунд
|
|
|
|
|
|
